科學家發明濾水書,未開發國家也能喝到乾淨水

作者 | 發布日期 2015 年 11 月 27 日 16:37 | 分類 尖端科技 , 環境科學 , 科技教育 follow us in feedly
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打開水龍頭就有清澈乾淨的水可以使用,對我們來說是再自然不過的事,一些先進國家如日本、歐洲等,甚至供給可直接飲用的生飲水。然而這種便利生活,對於某些未開發國家卻是遙不可及,因為淨水工程必須仰賴龐大金錢及技術資源,當這項基礎建設不完備,直接影響當地公共衛生,傳染性疾病自然盛行。美國一名科學家丹科維奇(Theresa Dankovich)博士發明了一本書《The Drinkable Book》,用簡便的方式教導人們珍惜水資源,更直接讓「書」幫你淨化水源。



世界水污染的問題一直存在,根據世界衛生組織的統計,全球約有 6.63 億人無法喝到乾淨的水,其中有 1.73 億的人依靠地表水維生,受污染的水可以傳播多種疾病,如腹瀉、霍亂、細菌性痢疾、傷寒、血吸蟲病,也因此每年約有 350 到 400 萬人因此染上疾病而導致死亡,其中 99% 集中在貧窮或開發中國家。

為改善這種狀況,以往靠著交通運送生水再煮沸,或者以陶瓷過濾器濾清,但這兩種方式必須耗費能源,而且價格昂貴,當資源缺乏時往往只能生飲。一個國際非營利組織 WaterisLife(簡稱 WIL),便投注在未開發國家的「淨水」專案,提供村落、學校、孤兒院、診所能夠有安全的水可用。

該組織最初採取的方法是使用能夠過濾水的吸管,一天能濾淨 2-3 公升的水,因此急需時,人們可以直接使用飲用。然而,這對日常生活需求是不夠的,因此 WIL 和美國維吉尼亞大學(the University of Virginia)及卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University)的科學家一同開發更棒的產品──「可飲用的書」(The Drinkable Book)。

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(Source:waterislife.com

 

書中的秘密武器奈米銀,具強效殺菌力

現於維吉尼亞大學進行博士後研究的科學家丹科維奇(Theresa Dankovich)博士,原專長「奈米粒子經各種應力後的釋放模式和化學轉換」,自 2008 年開始,她投入開發產品,並成立非營利公司 pAge Drinking Paper,而 The Drinkable Book 的淨水原理便是採用奈米銀(Nano Silver)強效的殺菌力。

事實上,「銀能廣泛殺菌」的特性早為人類所應用,但將銀奈米化之後,總接觸表面積增大,而且銀離子能自由進出細菌的細胞膜,殺菌能力提高了 200 倍左右。此外,銀的抗菌力只作用在單細胞病原菌,比如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌,沙門氏桿菌及綠膿桿菌等,對屬於多細胞的人體,造成的刺激性及毒性都極低,而且,銀也不存在細菌產生抗藥性的風險,十分安全,材料特性容易和紙、聚合物、陶瓷結合,非常適合製成衍生產品。

傳統淨水方式多以層層如礦物顆粒、活性碳或聚合物薄膜,將細菌及雜質排除,雖有一定成效,但設備很難簡易化,因此,Dr. Theresa Dankovich 利用奈米銀的特性,發明能殺菌的濾紙。首先,她將紙張浸在奈米銀及化學還原劑當中,之後將水份瀝乾,並在攝氏 93 度下加熱數分鐘,確認銀均勻覆蓋於紙張表面後,再經漂洗烘乾成形。

然而這鐵鏽色的紙張只是產品的雛型,2013 年夏天,紐約廣告公司 DDB 的設計師 Brian Gartside 在網路上看到 Dr. Dankovich 的研究後便積極連絡,希望能為產品做更有趣美觀的設計。

Brian Gartside 突發奇想地將殺菌濾紙設計成一本書,書外觀十分簡潔漂亮,頁面則十分厚實,而且還有教育功能,它採用 20% 大豆油成分的油墨,印製水資源衛生保健的基本常識,比如「吃飯前請洗手」、「將垃圾遠離水源」等警語,這看似簡單,但 Brian Gartside 可傷透腦筋,因為考量到人體攝取的安全量,卡片必須控制油墨的使用量,又要印製不同語言版本如英語、非洲第三大語言斯瓦希里語(Swahili),因此標語要簡短有效,十分考驗對當地語言及文化的敏銳度。

在實用性方面,每一頁面可分為兩張 4.5 平方英吋的小卡 ,一張小卡可以用上 30 天,過濾出 100 公升乾淨的水(相當於一個人一個月所需要的飲水量),若以一本書有 20 頁來計算,每本 The Drinkable Book 能供給一個人約 4 年的飲用水。而 WIL 團隊在南非、迦納及孟加拉等 25 處水源進行殺菌成效測試,證實 The Drinkable Book 可殺死高達 99.9% 細菌,濾水品質幾乎達到北美衛生標準,即便有微量的銀或銅殘留於水中,數值是遠低於安全標準,對人體健康無虞。

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The Drinkable Book 的操作方法簡便,將打洞好的內頁撕下一張小卡,並將它插入以 3D 列印的特製濾盒底部,蓋上壓力板,並將污水倒入,一會兒,收集槽內便是安全飲用水。

製作耗時,汰換標準需訂定

這本神奇濾水書造價十分便宜,約幾塊美金,似乎十分適合大量生產,然而,團隊目前面臨幾個問題:第一,原先第一批產品是丹科維奇採用人工,花 60 個小時製作出 50 本書,非常耗費時間也不敷需求,因此正著手研發造紙機量產;此外,產品還無法建立統一的汰換標準,但這需要更多實驗、及大規模的評估才能制定。

當然,「濾水書」也不是萬能,雖然目前證實具備超強殺菌能力,但其他致病的微生物(如原蟲)或病毒,尚未證明同等功效。

目前團隊和國際非營利組織 International Enterprises(iDE)Bangladesh 合作,正積極在更多貧窮國家(如孟加拉)做環境研究、田野調查,以及收集當地使用者的建議,希望能讓產品更能被接受而廣泛使用。

發明者丹科維奇接受 Tech Insider 訪問時曾提到:「我對於這項研究的熱情,完全出自於想要幫助他人和淨化環境的願望」。

的確,潔淨水資源和貧窮國家的衛生問題,一直是很大的挑戰,因此濾水設備的創新成為熱門的題目,近期發明如帶有淨水設備的水瓶──DrinkPure、利用太陽能淨化水的 Solarball,都帶給濾水設計不同的想像。但無疑的,The Drinkable Book 最方便好用,不造成污染也容易被當地文化所接受。

這項產品近日獲媒體 Fast Company 選為 2015 年度健康類創新設計獎(Innovation by Design Award Winner, Health Category),及坎城國際創意節(Cannes Lions)金獅獎。而目前產品的推展計畫,由國際非營利組織 iDE-Bangladesh,以及美國國家衛生研究院(National Institutes of Health)、加拿大自然科學及能源研究中心(Natural Sciences & Engineering Research Council of Canada)所資助。然而團隊亦藉由群眾募資,籌集 1,000 本濾水書的資金,進行兩村莊的一個月乾淨用水計畫,未來也將淨水計畫拓展至迦納、海地、肯亞和印度區等 33 個國家,並且印製更多不同語言的版本。

(Source:YouTube

The Drinkable Book 之所以讓人驚豔,不僅因為獨特的科技創新,而是結合卓越的人文設計,重視當地需求、打造真正被需要的產品,而且一併解決「淨水供給」以及「水資源教育」的問題,但對於在地球上屬於開發區的我們,真正要思考的問題是:難道我們就不會面臨飲用水污染的情況?還是解決方法更棘手呢?

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